(57)【要約】【課題】  内部電源の蓄電素子の充電を安定して行うことができ常に安定した動作を得られる燃料電池システム及び充電装置を提供する。【解決手段】  燃料供給により電力を発電するとともに、発電出力を電子機器７に供給する燃料電池本体１と、この燃料電池本体１の発電出力により充電される、内部電源として用いられるＬＩＢ５を有し、電子機器７側が燃料電池本体１に対して要求する出力を検出する負荷要求検出部６より取得される要求出力の大きさに応じて充電状態選択部８１により燃料電池本体１の発電出力のうちＬＩＢ５に供給する発電出力の割合をＬＩＢ５に対する充電状態として選択し、この選択された充電状態に応じて燃料電池本体１の発電出力のうち所定の発電出力をＬＩＢ５の充電出力として供給する。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料供給により電力を発電するとともに、発電出力を負荷に供給する燃料電池本体と、
前記燃料電池本体の発電出力により充電される、内部電源として用いられる蓄電素子と、
前記負荷が前記燃料電池本体に対して要求する出力を検出する負荷要求検出手段と、
前記負荷要求検出手段により検出される要求出力の大きさに応じて前記蓄電素子に対する充電状態を選択する充電状態選択手段と、
前記充電状態選択手段により選択された充電状態に応じて前記燃料電池本体の発電出力のうち所定の発電出力を前記蓄電素子の充電出力として供給する制御手段と
を具備したことを特徴とする燃料電池システム。
【請求項２】
前記燃料電池本体の発電出力より前記負荷に供給される出力を生成する出力調整手段をさらに有し、
前記負荷要求検出手段は、前記出力調整手段の出力電流を負荷が要求する要求出力として検出することを特徴とする請求項１記載の燃料電池システム。
【請求項３】
前記充電状態選択手段は、前記負荷要求検出手段により検出される要求出力の大きさに応じて前記燃料電池本体の発電出力のうち前記蓄電素子に供給する発電出力の割合を前記蓄電素子に対する充電状態として選択することを特徴とする請求項１記載の燃料電池システム。
【請求項４】
前記制御手段は、前記充電状態選択手段で選択された充電状態に応じて前記燃料電池本体の発電出力の全てを前記蓄電素子の充電出力として供給可能にしたことを特徴とする請求項３記載の燃料電池システム。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれか一記載の燃料電池システムを適用した充電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池システム及びこの燃料電池システムを適用した充電装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
携帯電話機や携帯情報端末などの電子機器の小型化は目覚しいものがあり、これら電子機器の小型化とともに、電源などに燃料電池を使用することが試みられている。燃料電池は、燃料と空気を供給するのみで、発電することができ、燃料のみを交換すれば連続して発電できるという利点を有するため、小型化が実現できれば、小型の電子機器の電源として極めて有効である。
【０００３】
そこで、最近、燃料電池として、直接メタノール型燃料電池（以下、ＤＭＦＣ；Ｄｉｒｅｃｔ  Ｍｅｔｈａｎｏｌ  Ｆｕｅｌ  Ｃｅｌｌと称する。）が注目されている。かかるＤＭＦＣは、液体燃料の供給方式によって分類され、気体供給型や液体供給型等のアクティブ方式のものと、燃料収容部内の液体燃料を電池内部で気化させて燃料極に供給する内部気化型等のパッシブ方式のものがあり、これらのうち、パッシブ方式のものはＤＭＦＣの小型化に対して特に有利である。
【０００４】
従来、このようなパッシブ方式のＤＭＦＣとして、特許文献１に開示されるように、例えば燃料極、電解質膜および空気極を有する膜電極接合体（燃料電池セル）を、樹脂製の箱状容器からなる燃料収容部上に配置した構造のものが考えられている。
【０００５】
また、ＤＭＦＣの燃料電池セルと燃料収容部とを流路を介して接続する構成のものも特許文献２〜４に開示されている。これら特許文献２〜４は、燃料収容部から供給された液体燃料を燃料電池セルに流路を介して供給することによって、流路の形状や径等に基づいて液体燃料の供給量を調整可能としたもので、特に、特許文献３では燃料収容部から流路にポンプで液体燃料を供給している。また、ポンプに代えて、流路に電気浸透流を形成する電界形成手段を用いることも記載されている。さらに特許文献４には電気浸透流ポンプを用いて液体燃料等を供給することが記載されている。
【特許文献１】国際公開第２００５／１１２１７２号パンフレット
【特許文献２】特表２００５−５１８６４６号公報
【特許文献３】特開２００６−０８５９５２号公報
【特許文献４】米国特許公開第２００６／００２９８５１号公報
【特許文献５】特開２００６−０４９１７５号公報
【特許文献６】特開２００６−１１４４８６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、このようなＤＭＦＣを主発電部とした燃料電池システムは、電子機器の内部電源である二次電池を外部より充電するための充電装置として用いられることがある。
【０００７】
このような充電装置は、内部電源として蓄電素子、例えば二次電池が設けられ、ＤＭＦＣの発電出力により二次電池を充電するとともに、かかる二次電池より装置内部の電子回路に電源を供給可能にしている。
【０００８】
この場合、ＤＭＦＣの発電出力を有効に利用することが重要である。そこで、従来、例えば特許文献５に開示されるように燃料電池の出力電力が負荷電力より大きく余剰電力が生じている場合は充電モードに設定して二次電池を充電し、逆に燃料電池の出力電力が負荷電力より小さい場合は、放電モードに設定して二次電池より負荷に対して出力を供給するようにしたもの、或いは特許文献６に開示されるように燃料電池への燃料供給が負荷の電力要求を上回る場合、燃料電池による電気エネルギーを蓄電要素に充電し、燃料電池が発電を行わない場合は蓄電要素より負荷に対して出力を供給するようにした考えのものが知られている。
【０００９】
ところが、これら特許文献５、６の方法を採用したものは、いずれも燃料電池の出力電力が負荷の電力要求を上回る場合にのみ燃料電池により二次電池の充電を行うようにしている。このため、例えば負荷の電力要求が大きな状態で長い時間を使用し続け、二次電池の充電が十分に行われないことがあると電池残量が極端に少なくなることがあり、この状態では、二次電池より装置内部の電子回路に対し十分な電力を供給できない状況が生じ、装置自身の動作が不安定になるという問題を生じる。
【００１０】
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、内部電源の蓄電素子の充電を安定して行うことができ、常に安定した動作を得られる燃料電池システム及び充電装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
請求項１記載の発明は、燃料供給により電力を発電するとともに、発電出力を負荷に供給する燃料電池本体と、前記燃料電池本体の発電出力により充電される、内部電源として用いられる蓄電素子と、前記負荷が前記燃料電池本体に対して要求する出力を検出する負荷要求検出手段と、前記負荷要求検出手段により検出される要求出力の大きさに応じて前記蓄電素子に対する充電状態を選択する充電状態選択手段と、前記充電状態選択手段により選択された充電状態に応じて前記燃料電池本体の発電出力のうち所定の発電出力を前記蓄電素子の充電出力として供給する制御手段とを具備したことを特徴としている。
【００１２】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記燃料電池本体の発電出力より前記負荷に供給される出力を生成する出力調整手段をさらに有し、前記負荷要求検出手段は、前記出力調整手段の出力電流を負荷が要求する要求出力として検出することを特徴としている。
【００１３】
請求項３記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記充電状態選択手段は、前記負荷要求検出手段により検出される要求出力の大きさに応じて前記燃料電池本体の発電出力のうち前記蓄電素子に供給する発電出力の割合を前記蓄電素子に対する充電状態として選択することを特徴としている。
【００１４】
請求項４記載の発明は、請求項３記載の発明において、前記制御手段は、前記充電状態選択手段で選択された充電状態に応じて前記燃料電池本体の発電出力の全てを前記蓄電素子の充電出力として供給可能にしたことを特徴としている。
【００１５】
請求項５記載の発明は、請求項１乃至４のいずれか一記載の燃料電池システムを適用した充電装置である。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、内部電源の蓄電素子の充電を安定して行うことができ常に安定した動作を得られる燃料電池システム及び充電装置を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明の実施の形態を図面に従い説明する。
【００１８】
（第１の実施の形態）
図１は、本発明の第１の実施の形態にかかる充電装置に適用される燃料電池システムの概略構成を示している。
【００１９】
図１において、１は燃料電池本体（ＤＭＦＣ）で、この燃料電池本体１は、起電部を構成する燃料電池発電部（セル）１０１、液体燃料を収容する燃料収容部１０２、燃料収容部１０２と燃料電池発電部（セル）１０１を接続する流路１０３及び燃料収容部１０２から燃料電池発電部（セル）１０１に液体燃料を移送するための燃料供給制御手段としてのポンプ１０４を有している。
【００２０】
図２は、このような燃料電池本体１をさらに詳細に説明するための断面図である。
【００２１】
この場合、燃料電池発電部１０１は、アノード触媒層１１とアノードガス拡散層１２とを有するアノード（燃料極）１３と、カソード触媒層１４とカソードガス拡散層１５とを有するカソード（空気極／酸化剤極）１６と、アノード触媒層１１とカソード触媒層１４とで挟持されたプロトン（水素イオン）伝導性の電解質膜１７とから構成される膜電極接合体（Ｍｅｍｂｒａｎｅ Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ Ａｓｓｅｍｂｌｙ：ＭＥＡ）を有している。
【００２２】
ここで、アノード触媒層１１やカソード触媒層１４に含有される触媒としては、例えばＰｔ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｏｓ、Ｐｄ等の白金族元素の単体、白金族元素を含有する合金等が挙げられる。アノード触媒層１１にはメタノールや一酸化炭素等に対して強い耐性を有するＰｔ−ＲｕやＰｔ−Ｍｏ等を用いることが好ましい。カソード触媒層１４にはＰｔやＰｔ−Ｎｉ等を用いることが好ましい。ただし、触媒はこれらに限定されるものではなく、触媒活性を有する各種の物質を使用することができる。触媒は炭素材料のような導電性担持体を使用した担持触媒、あるいは無担持触媒のいずれであってもよい。
【００２３】
電解質膜１７を構成するプロトン伝導性材料としては、例えばスルホン酸基を有するパーフルオロスルホン酸重合体のようなフッ素系樹脂（ナフィオン（商品名、デュポン社製）やフレミオン（商品名、旭硝子社製）等）、スルホン酸基を有する炭化水素系樹脂等の有機系材料、あるいはタングステン酸やリンタングステン酸等の無機系材料が挙げられる。ただし、プロトン伝導性の電解質膜１７はこれらに限られるものではない。
【００２４】
アノード触媒層１１に積層されるアノードガス拡散層１２は、アノード触媒層１１に燃料を均一に供給する役割を果たすと同時に、アノード触媒層１１の集電体も兼ねている。カソード触媒層１４に積層されるカソードガス拡散層１５は、カソード触媒層１４に酸化剤を均一に供給する役割を果たすと同時に、カソード触媒層１４の集電体も兼ねている。アノードガス拡散層１２およびカソードガス拡散層１５は多孔質基材で構成されている。
【００２５】
アノードガス拡散層１２やカソードガス拡散層１５には、必要に応じて導電層が積層される。これら導電層としては、例えばＡｕ、Ｎｉのような導電性金属材料からなる多孔質層（例えば、メッシュ）、多孔質膜、箔体あるいはステンレス鋼（ＳＵＳ）などの導電性金属材料に金などの良導電性金属を被覆した複合材等が用いられる。電解質膜１７と後述する燃料分配機構１０５およびカバープレート１８との間には、それぞれゴム製のＯリング１９が介在されており、これらによって燃料電池発電部１０１からの燃料漏れや酸化剤漏れを防止している。
【００２６】
カバープレート１８は酸化剤である空気を取入れるための不図示の開口を有している。カバープレート１８とカソード１６との間には、必要に応じて保湿層や表面層が配置される。保湿層はカソード触媒層１４で生成された水の一部が含浸されて、水の蒸散を抑制すると共に、カソード触媒層１４への空気の均一拡散を促進するものである。表面層は空気の取入れ量を調整するものであり、空気の取入れ量に応じて個数や大きさ等が調整された複数の空気導入口を有している。
【００２７】
燃料電池発電部１０１のアノード（燃料極）１３側には、燃料分配機構１０５が配置されている。燃料分配機構１０５には配管のような液体燃料の流路１０３を介して燃料収容部１０２が接続されている。
【００２８】
燃料収容部１０２には、燃料電池発電部１０１に対応した液体燃料が収容されている。液体燃料としては、各種濃度のメタノール水溶液や純メタノール等のメタノール燃料が挙げられる。液体燃料は必ずしもメタノール燃料に限られるものではない。液体燃料は、例えばエタノール水溶液や純エタノール等のエタノール燃料、プロパノール水溶液や純プロパノール等のプロパノール燃料、グリコール水溶液や純グリコール等のグリコール燃料、ジメチルエーテル、ギ酸、その他の液体燃料であってもよい。いずれにしても、燃料収容部１０２には燃料電池発電部１０１に応じた液体燃料が収容される。
【００２９】
燃料分配機構１０５には燃料収容部１０２から流路１０３を介して燃料が導入される。流路１０３は燃料分配機構１０５や燃料収容部１０２と独立した配管に限られるものではない。例えば、燃料分配機構１０５と燃料収容部１０２とを積層して一体化する場合、これらを繋ぐ燃料の流路であってもよい。燃料分配機構１０５は流路１０３を介して燃料収容部１０２と接続されていればよい。
【００３０】
ここで、燃料分配機構１０５は図３に示すように、燃料が流路１０３を介して流入する少なくとも１個の燃料注入口２１と、燃料やその気化成分を排出する複数個の燃料排出口２２とを有する燃料分配板２３を備えている。燃料分配板２３の内部には図２に示すように、燃料注入口２１から導かれた燃料の通路となる空隙部２４が設けられている。複数の燃料排出口２２は燃料通路として機能する空隙部２４にそれぞれ直接接続されている。
【００３１】
燃料注入口２１から燃料分配機構１０５に導入された燃料は空隙部２４に入り、この燃料通路として機能する空隙部２４を介して複数の燃料排出口２２にそれぞれ導かれる。複数の燃料排出口２２には、例えば燃料の気化成分のみを透過し、液体成分は透過させない気液分離体（図示せず）を配置してもよい。これによって、燃料電池発電部１０１のアノード（燃料極）１３には燃料の気化成分が供給される。なお、気液分離体は燃料分配機構１０５とアノード１３との間に気液分離膜等として設置してもよい。燃料の気化成分は複数の燃料排出口２２からアノード１３の複数個所に向けて排出される。
【００３２】
燃料排出口２２は燃料電池発電部１０１の全体に燃料を供給することが可能なように、燃料分配板２３のアノード１３と接する面に複数設けられている。燃料排出口２２の個数は２個以上であればよいが、燃料電池発電部１０１の面内における燃料供給量を均一化する上で、０．１〜１０個／ｃｍ2の燃料排出口２２が存在するように形成することが好ましい。
【００３３】
燃料分配機構１０５と燃料収容部１０２の間を接続する流路１０３には、燃料移送制御手段としてのポンプ１０４が挿入されている。このポンプ１０４は燃料を循環される循環ポンプではなく、あくまでも燃料収容部１０２から燃料分配機構１０５に燃料を移送する燃料供給ポンプである。このようなポンプ１０４で必要時に燃料を送液することによって、燃料供給量の制御性を高めるものである。この場合、ポンプ１０４としては、少量の燃料を制御性よく送液することができ、さらに小型軽量化が可能という観点から、ロータリーベーンポンプ、電気浸透流ポンプ、ダイアフラムポンプ、しごきポンプ等を使用することが好ましい。ロータリーベーンポンプはモータで羽を回転させて送液するものである。電気浸透流ポンプは電気浸透流現象を起こすシリカ等の焼結多孔体を用いたものである。ダイアフラムポンプは電磁石や圧電セラミックスによりダイアフラムを駆動して送液するものである。しごきポンプは柔軟性を有する燃料流路の一部を圧迫し、燃料をしごき送るものである。これらのうち、駆動電力や大きさ等の観点から、電気浸透流ポンプや圧電セラミックスを有するダイアフラムポンプを使用することがより好ましい。
【００３４】
また、ポンプ１０４には、後述する燃料供給制御回路９が接続され、ポンプ１０４の駆動が制御される。この点については後述する。
【００３５】
このような構成において、燃料収容部１０２に収容された燃料は、ポンプ１０４により流路１０３を移送され、燃料分配機構１０５に供給される。そして、燃料分配機構１０５から放出された燃料は、燃料電池発電部１０１のアノード（燃料極）１３に供給される。燃料電池発電部１０１内において、燃料はアノードガス拡散層１２を拡散してアノード触媒層１１に供給される。燃料としてメタノール燃料を用いた場合、アノード触媒層１１で下記の(1)式に示すメタノールの内部改質反応が生じる。なお、メタノール燃料として純メタノールを使用した場合には、カソード触媒層１４で生成した水や電解質膜１７中の水をメタノールと反応させて(1)式の内部改質反応を生起させる。あるいは、水を必要としない他の反応機構により内部改質反応を生じさせる。
【００３６】
ＣＨ3ＯＨ＋Ｈ2Ｏ  →  ＣＯ2＋６Ｈ+＋６ｅ-  …(1)
この反応で生成した電子（ｅ-）は集電体を経由して外部に導かれ、いわゆる出力として負荷側に供給された後、カソード（空気極）１６に導かれる。また、(1)式の内部改質反応で生成したプロトン（Ｈ+）は電解質膜１７を経てカソード１６に導かれる。カソード１６には酸化剤として空気が供給される。カソード１６に到達した電子（ｅ-）とプロトン（Ｈ+）は、カソード触媒層１４で空気中の酸素と下記の(2)式にしたがって反応し、この反応に伴って水が生成される。
【００３７】
６ｅ-＋６Ｈ+＋（３／２）Ｏ2  →  ３Ｈ2Ｏ  …(2)
図１に戻って、このように構成された燃料電池本体１には、出力調整手段としてのＤＣ−ＤＣコンバータ（電圧調整回路）２、充電制御回路３及び出力検出部４が接続されている。
【００３８】
ＤＣ−ＤＣコンバータ２は、不図示のスイッチング要素とエネルギー蓄積要素を有し、これらスイッチング要素とエネルギー蓄積要素により燃料電池本体１で発電された電気エネルギーを蓄積／放出させ、燃料電池本体１からの比較的低い出力電圧を十分の電圧まで昇圧して生成される出力を発生する。ここでは標準的な昇圧型のＤＣ−ＤＣコンバータ２を示したが、昇圧動作が可能なものならば、他の回路方式のものでも実施可能である。
【００３９】
充電制御回路３には、蓄電素子として充放電可能な二次電池、例えばリチウムイオン充電池（以下、ＬＩＢと称する）５が接続されている。充電制御回路３については後述する。
【００４０】
ＬＩＢ５は、燃料電池システム内部の各電子回路の電源として用いられるもので、充電制御回路３により充電状態が制御される。なお、蓄電素子としては、ＬＩＢ５に代えて電気二重層コンデンサを用いることもできる。
【００４１】
出力検出部４は、燃料電池本体１で発電される電力の状態を検出するもので、ここでは、燃料電池本体１の出力の出力電圧（又は出力電流）を検出し、この検出結果を燃料電池本体１の発電出力として制御部８に出力する。
【００４２】
ＤＣ−ＤＣコンバータ２には、負荷要求検出部６及び負荷としての電子機器７が接続されている。電子機器７は、電子機器本体７１、充電回路７２及び蓄電素子としてのＬＩＢ７３を有するもので、ＤＣ−ＤＣコンバータ２からの出力によりＬＩＢ７３を充電可能にしている。ＬＩＢ７３は、電子機器本体７１の電源として用いられるもので、燃料電池システムのＤＣ−ＤＣコンバータ２が電子機器７に接続された状態で、充電回路７２により充電される。負荷要求検出部６は、電子機器７が燃料電池本体１に対して要求する出力を検出するもので、ここでは、ＤＣ−ＤＣコンバータ２の出力電流を電子機器７が要求する出力として検出し、この要求を制御部８に出力する。つまり、ＤＣ−ＤＣコンバータ２の出力電流は、ＬＩＢ７３の充電残量により変化するものであり、このことからＬＩＢ７３の充電残量により変化するＤＣ−ＤＣコンバータ２の出力電流を負荷が要求する要求出力として検出する。
【００４３】
一方、ＬＩＢ５には、燃料電池システム内部の電子回路として燃料供給制御回路９の他、不図示の他の電子回路などが接続され、これら電子回路の電源として用いられる。燃料供給制御回路９は、ポンプ１０４の動作を制御するもので、制御部８の指示に基づいてポンプ１０４をオン／オフ制御する。
【００４４】
制御部８は、システム全体を制御するもので、充電状態選択部８１を有している。充電状態選択部８１は、出力検出部４より検出される発電出力と負荷要求検出部６により検出される要求出力に基づいてＬＩＢ５に対する充電状態を選択し、この選択結果に基づいて充電制御回路３を制御する。この場合、充電状態選択部８１は、出力検出部４より検出される燃料電池本体１の発電出力が十分であることを条件に、例えば、（ａ）負荷要求検出部６により検出される電子機器７が要求する出力が最大（ＬＩＢ７３に供給されるＤＣ−ＤＣコンバータ２の出力電流が最大）のとき、ＬＩＢ５への充電出力の供給を停止して燃料電池本体１の発電出力の全てをＬＩＢ７３の充電のため供給することを選択する。（ｂ）電子機器７のＬＩＢ７３の充電が進み、負荷要求検出部６により検出される要求出力が最大時より例えば２０％減少すると、燃料電池本体１の発電出力うちの、２０％をＬＩＢ５の充電出力として供給することを選択する。（ｃ）負荷要求検出部６により検出される要求出力がさらに減少し、要求出力の最大時より例えば５０％減少すると、燃料電池本体１の発電出力の５０％をＬＩＢ５の充電出力として供給することを選択する。そして、（ｄ）電子機器７のＬＩＢ７３が満充電状態になって負荷要求検出部６により検出される電子機器７の要求出力が略ゼロになったとき、燃料電池本体１の発電出力の全て（１００％）をＬＩＢ５の充電出力として供給することを選択する。ようになっている。
【００４５】
図４は、充電制御回路３を詳細に説明するためのもので、図１と同一部分には同符号を付している。
【００４６】
図４において、１００は充電装置としての燃料電池システムを示している。この燃料電池システム１００には、上述した燃料電池本体１、ＤＣ−ＤＣコンバータ２、充電制御回路３及び制御部８が設けられている。また、燃料電池システム１００には、出力端子１１１及びＤＣ端子１１２が設けられている。そして、出力端子１１１には、電子機器７が接続され、ＤＣ端子１１２には、ＡＣアダプタ１０が接続可能になっている。ここで、ＡＣアダプタ１０は、不図示のＡＣ電源（例えば商用電源）より直流電力を生成するもので、この直流電力により後述する充電用ＩＣ３０３を介してＬＩＢ５の充電を可能にしている。
【００４７】
充電制御回路３は、入力端子３０１、充電端子３０２、充電用ＩＣ３０３を有している。入力端子３０１には、燃料電池本体１が接続され、充電端子３０２には、ＬＩＢ５が接続されている。充電用ＩＣ３０３は、制御部８の充電状態選択部８１の指示に基づいてＬＩＢ５に対する充電を制御するもので、入力端子ＩＮに上述した入力端子３０１、ＤＣ端子１０２及びＤＣ−ＤＣコンバータ２が接続され、出力端子ＯＵＴに充電端子３０２が接続されている。また、充電用ＩＣ３０３の制御端子ＣＯＮＴには、電流制御回路３０４が接続されている。電流制御回路３０４は、抵抗Ｒ０、抵抗Ｒ１と電界効果トランジスタからなるスイッチング素子Ｑ１の直列回路、抵抗Ｒ２と電界効果トランジスタからなるスイッチング素子Ｑ２の直列回路を並列接続した構成をしており、これら抵抗Ｒ０、Ｒ１、Ｒ２の組合せにより充電用ＩＣ３０３によるＬＩＢ５への充電電流を制御する。この場合、充電状態選択部８１より上述した（ａ）が選択されると、充電用ＩＣ３０３は、ＬＩＢ５に対する充電電流をシャットダウンする。また、上述した（ｂ）が選択されると、電流制御回路３０４のスイッチング素子Ｑ１、Ｑ２がオフされ、充電用ＩＣ３０３は、電流制御回路３０４の抵抗Ｒ０により、燃料電池本体１の発電出力の２０％をＬＩＢ５の充電電流として供給する。さらに、上述した（ｃ）が選択されると、電流制御回路３０４のスイッチング素子Ｑ１のみがオンされ、充電用ＩＣ３０３は、電流制御回路３０４の抵抗Ｒ０とＲ１の組合せにより、燃料電池本体１の発電出力の５０％をＬＩＢ５の充電電流として供給する。さらに、上述した（ｄ）が選択されると、電流制御回路３０４のスイッチング素子Ｑ２のみがオンされ、充電用ＩＣ３０３は、電流制御回路３０４の抵抗Ｒ０とＲ２の組合せにより燃料電池本体１の発電出力の全て（１００％）をＬＩＢ５の充電電流として供給する。
【００４８】
次に、このように構成された実施の形態の作用を説明する。
【００４９】
いま、燃料電池システムの起動指示により、燃料電池発電部１０１にポンプ１０４を介して燃料が供給されると、燃料電池発電部１０１で発電された出力がＤＣ−ＤＣコンバータ２で十分な電圧まで昇圧され、電子機器７に供給される。これにより、電子機器７では、ＤＣ−ＤＣコンバータ２の出力電流により充電回路７２を介してＬＩＢ７３が充電される。ＬＩＢ７３は、電子機器本体７１の電源として用いられる。
【００５０】
この状態で、出力検出部４により燃料電池本体１で発電される電力の状態が検出され、また、負荷要求検出部６により電子機器７の燃料電池本体１に対する要求出力が検出される。ここで、例えば、電子機器７の使用が頻繁で、電源のＬＩＢ７３の消費が激しく充電回路７２により常時充電が行われているような場合は、負荷要求検出部６より電子機器７側の要求出力最大が検出される。すると制御部８の充電状態選択部８１は、出力検出部４より検出される燃料電池本体１の発電出力が十分であることを条件に、上述した（ａ）を選択する。すると、充電制御回路３の充電状態選択部８１の指示（ａ）に応じて充電状態選択部８１の指示（ａ）に応じてＬＩＢ５に対する充電電流をシャットダウンし、ＬＩＢ５への充電電流の供給を停止する。これにより燃料電池本体１の発電出力の全てが電子機器７側に供給される。図５の期間Ａは、この状態を示しており、同図（ｂ）に示すように燃料電池本体１の発電出力の全てに相当するＤＣ−ＤＣコンバータ２の出力電流が電子機器７に供給され、同図（ｄ）に示すようにＬＩＢ５に対する充電電流は全く流れない。なお、同図（ａ）は、ＤＣ−ＤＣコンバータ２の出力電圧、同図（ｃ）は、ＬＩＢ５の充電電圧である。
【００５１】
なお、制御部８の充電状態選択部８１は、出力検出部４より検出される燃料電池本体１の発電出力が十分でないと判断した場合は、その旨を表示などしてシステムが正常に動作できないことをユーザに報知する。
【００５２】
この状態から、電子機器７の使用が頻繁でなくなり、ＬＩＢ７３の充電が進んで負荷要求検出部６により検出される要求出力が最大時より、例えば２０％減少すると、充電状態選択部８１は、出力検出部４より検出される燃料電池本体１の発電出力が十分であることを条件に、上述した（ｂ）を選択する。すると、このときの充電状態選択部８１の指示（ｂ）に応じて、電流制御回路３０４のスイッチング素子Ｑ１、Ｑ２がオフされ、充電用ＩＣ３０３は、電流制御回路３０４の抵抗Ｒ０に基づいて、燃料電池本体１の発電出力の２０％をＬＩＢ５の充電電流として供給する。図５の期間Ｂは、この状態を示しており、同図（ｄ）に示すように燃料電池本体１の発電出力の２０％に相当する出力がＬＩＢ５に対する充電電流として供給され、同図（ｂ）に示すように燃料電池本体１の発電出力の８０％に相当するＤＣ−ＤＣコンバータ２の出力電流が電子機器７に供給される。ここで、同図（ａ）は、ＤＣ−ＤＣコンバータ２の出力電圧、同図（ｃ）は、ＬＩＢ５の充電電圧である。
【００５３】
その後、さらにＬＩＢ７３の充電が進んで負荷要求検出部６により検出される要求出力が最大時より、例えば５０％減少すると、充電状態選択部８１は、出力検出部４より検出される燃料電池本体１の発電出力が十分であることを条件に、上述した（ｃ）を選択する。すると、このときの充電状態選択部８１の指示（ｃ）に応じて、電流制御回路３０４のスイッチング素子Ｑ１のみがオンされ、充電用ＩＣ３０３は、電流制御回路３０４の抵抗Ｒ０とＲ１の組合せに基づいて、燃料電池本体１の発電出力の５０％をＬＩＢ５の充電電流として供給する。図５の期間Ｃは、この状態を示しており、同図（ｄ）に示すように燃料電池本体１の発電出力の５０％に相当する出力がＬＩＢ５に対する充電電流として供給され、同図（ｂ）に示すように燃料電池本体１の発電出力の５０％に相当するＤＣ−ＤＣコンバータ２の出力電流が電子機器７に供給される。ここでも同図（ａ）は、ＤＣ−ＤＣコンバータ２の出力電圧、同図（ｃ）は、ＬＩＢ５の充電電圧である。
【００５４】
そして、電子機器７のＬＩＢ７３が満充電状態になって負荷要求検出部６により検出される電子機器７の要求出力が略ゼロになると、充電状態選択部８１は、出力検出部４より検出される燃料電池本体１の発電出力が十分であることを条件に、上述した（ｄ）を選択する。すると、このときの充電状態選択部８１の指示（ｄ）に応じて、電流制御回路３０４のスイッチング素子Ｑ２のみがオンされ、充電用ＩＣ３０３は、電流制御回路３０４の抵抗Ｒ０とＲ２の組合せに基づいて、燃料電池本体１の発電出力の全て（１００％）をＬＩＢ５の充電電流として供給する。図５の期間Ｄは、この状態を示しており、同図（ｄ）に示すように燃料電池本体１の発電出力の１００％に相当する出力がＬＩＢ５に対する充電電流として供給され、同図（ｂ）に示すように電子機器７に供給されるＤＣ−ＤＣコンバータ２の出力電流が略ゼロになる。ここでも同図（ａ）は、ＤＣ−ＤＣコンバータ２の出力電圧、同図（ｃ）は、ＬＩＢ５の充電電圧である。
【００５５】
その後、電子機器７の使用が再開され、ＬＩＢ７３の充電状態が低下すると、ＤＣ−ＤＣコンバータ２の出力電流が流れ始め。そして、負荷要求検出部６により検出される要求出力が最大時より、例えば２０％減少した状態を検出すると、充電状態選択部８１は、出力検出部４より検出される燃料電池本体１の発電出力が十分であることを条件に、再び上述した（ｂ）を選択する。すると、このときの充電状態選択部８１の指示（ｂ）に応じて、電流制御回路３０４のスイッチング素子Ｑ１、Ｑ２がオフされ、充電用ＩＣ３０３は、電流制御回路３０４の抵抗Ｒ０に基づいて、燃料電池本体１の発電出力の２０％をＬＩＢ５の充電電流として供給する。これにより、燃料電池本体１の発電出力の８０％に相当するＤＣ−ＤＣコンバータ２の出力電流が電子機器７に供給され、ＬＩＢ７３の充電が開始される。図５の期間Ｅは、この状態を示しており、同図（ｂ）に示すように燃料電池本体１の発電出力の８０％に相当するＤＣ−ＤＣコンバータ２の出力電流が電子機器７に供給され、同図（ｄ）に示すように燃料電池本体１の発電出力の２０％に相当する出力がＬＩＢ５に対する充電電流として供給される。ここで、同図（ａ）は、ＤＣ−ＤＣコンバータ２の出力電圧、同図（ｃ）は、ＬＩＢ５の充電電圧である。
【００５６】
したがって、このようにすれば、燃料供給により電力を発電するとともに、発電出力を電子機器７に供給する燃料電池本体１と、この燃料電池本体１の発電出力により充電される、内部電源として用いられるＬＩＢ５を有し、電子機器７が燃料電池本体１に対して要求する出力を検出する負荷要求検出部６より取得される要求出力の大きさに応じて充電状態選択部８１により燃料電池本体１の発電出力のうちＬＩＢ５に供給する発電出力の割合をＬＩＢ５に対する充電状態として選択し、この選択された充電状態に応じて燃料電池本体１の発電出力のうちの一部の発電出力をＬＩＢ５の充電出力として供給するようにした。これにより、電子機器７の要求出力の大きさに応じて燃料電池本体１の発電出力の一部によりＬＩＢ５を安定して充電し続けることができるので、ＬＩＢ５の電池残量が極端に少なくなるようなことがなくなり、システムの内部電源を安定して確保でき、この結果、内部電源のＬＩＢ５によりシステム内部の電子回路などに対し十分な電力を供給することができるので、常に安定したシステムの動作を得ることができる。
【００５７】
また、電子機器７の要求出力が減少して燃料電池本体１に余剰の発電出力が発生しても、この余剰出力をＬＩＢ５の充電用として利用できるので、エネルギーロスを大幅に低減できるとともに、燃料の有効利用を実現できる。
【００５８】
その他、本発明は、上記実施の形態に限定されるものでなく、実施段階では、その要旨を変更しない範囲で種々変形することが可能である。例えば、上述した実施の形態では、負荷として電子機器７の電源であるＬＩＢ７３を充電する場合を述べたが、これ以外の負荷に対する充電装置としても適用することができる。
【００５９】
さらに、上記実施の形態には、種々の段階の発明が含まれており、開示されている複数の構成要件における適宜な組み合わせにより種々の発明が抽出できる。例えば、実施の形態に示されている全構成要件から幾つかの構成要件が削除されても、発明が解決しようとする課題の欄で述べた課題を解決でき、発明の効果の欄で述べられている効果が得られる場合には、この構成要件が削除された構成が発明として抽出できる。
【００６０】
さらに燃料電池発電部へ供給される液体燃料の気化成分においても、全て液体燃料の気化成分を供給してもよいが、一部が液体状態で供給される場合であっても本発明を適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】本発明の第１の実施の形態にかかる燃料電池システムの概略構成を示す図。
【図２】第１の実施の形態の燃料電池本体を詳細に説明するための断面図。
【図３】第１の実施の形態の燃料電池本体に用いられる燃料分配機構の斜視図。
【図４】第１の実施の形態の充電制御回路の概略構成を示す図。
【図５】第１の実施の形態の動作を説明する図。
【符号の説明】
【００６２】
１…燃料電池本体、１０１…燃料電池発電部
１０２…燃料収容部、１０３…流路
１０４…ポンプ、１０５…燃料分配機構
２…ＤＣ−ＤＣコンバータ、３…充電制御回路
３０１…入力端子、３０２…充電端子
３０３…充電用ＩＣ、３０４…電流制御回路
４…出力検出部、５…ＬＩＢ、６…負荷要求検出部
７…電子機器、７１…電子機器本体
７２…充電回路、７３…ＬＩＢ
８…制御部、８１…充電状態選択部
９…燃料供給制御回路、１０…ＡＣアダプタ
１１…アノード触媒層、１２…アノードガス拡散層
１３…アノード、１４…カソード触媒層
１５…カソードガス拡散層、１６…カソード
１７…電解質膜、１８…カバープレート
１９…Ｏリング、２１…燃料注入口
２２…燃料排出口、２３…燃料分配板
２４…空隙部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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